動壓作用下乳化炸藥的微觀實驗

唐根山

（安徽理工大學， 安徽 淮南232001）

1 前言

目前，隨著乳化炸藥的研究發展，其在工程爆破中得到廣泛采用。但是，很多工程爆破案例表明，當用乳化炸藥實施毫秒延時爆破時，會經常出現不完全爆炸或拒爆，當炮孔間距較小或實施水下爆破或在有水的工作面進行爆破時尤其容易發生［1］。這類情況下產生的不完全爆炸或拒爆現象是由于乳化炸藥具有熱力學不穩定體系。而這種體系會隨著所受到的動態壓力作用發生變化，炸藥的爆炸性能會急劇下降［2－3］。這種現象較早被叫作“受壓鈍化”，貫荔稱為“壓力減敏作用”［4］。美國人 Richard J.Mainiero和 Michael S.Wieland在實施煤礦延期爆破時得出炮孔間距是引起乳化炸藥壓力減敏的主要因素［5］。陳東梁，顏事龍，劉義等利用激光粒度分析儀和顯微照相技術對乳化炸藥受動壓前后的微觀結構進行了研究，得出導致乳化炸藥減敏的原因在于動態壓力破壞了敏化載體，熱點數減少；兩相間的化學反應速率下降；體系中形成的熱點引發兩相間的化學反應的效率降低［6］。本實驗運用掃描電鏡分別觀察了受動壓作用前后的乳化炸藥，由其微觀結構的變化可看出乳化炸藥的破乳程度。

2 實驗

2.1 實驗儀器

實驗裝置由爆炸水池、主發藥包、次發藥包、固定藥包的鐵架、8號瞬發電雷管、起爆器、恒定電源、掃描電鏡及固定在水池上方橫梁上的小型行車構成。爆炸水池直徑為5.5 m，水深3.62m。實驗時，為避免爆炸沖擊波的反射波對次發藥包的影響，將藥包放入水池中心水深2／3處（即2.4m 處）［7］。主發藥包是將3g鈍感黑索金裝入用牛皮紙卷制成的內徑為1.4cm、壁厚約為2mm、長約為12 cm的外殼中，裝藥長度約為20mm。因長徑比20／14≈1.43＜4，所以可看作集中藥包。由于實驗是在水中進行，所以實驗前需對主發藥包做防水處理。次發藥包均為10g實驗室制備的乳化炸藥，根據實驗需要，用兩層聚乙烯薄膜包裹。

2.2 乳化炸藥的實驗室制備

實驗中所用的乳化基質的質量百分比組成見表1。

表1 乳化基質的質量百分比

在固定的配方下，加工工藝對乳化炸藥爆炸性能的優劣影響很大。為了制得爆轟性能較好的乳化炸藥，實驗設計的加工工藝和相關參數如圖1所示。

圖1 實驗室制備乳化炸藥工藝示意圖

當乳化基質冷卻到50℃～60℃時，添加2.5%的玻璃微球對其進行敏化。

2.3 實驗步驟

按照表1配方和圖1所示工藝制備乳化炸藥，然后在爆炸水池內做壓力減敏試驗。主發藥包藥量為3g黑索金，次發為10g乳化炸藥，受壓距離分別為10cm，20cm，30 cm，50cm和70cm。實驗時，先將主發藥包固定在鐵架子中央，根據受壓距離調整主次藥包間距，距離確定好后，用橫梁上的小行車將鐵架子送到水中的預定位置，然后引爆主發藥包。

2.4 SEM 觀 察

用SEM對受動壓作用前后乳化炸藥進行觀察。觀察結果如圖2所示。

圖2 乳化炸藥受壓前后SEM觀察結果（放大400倍）

3 結果分析

圖2分別表示乳化炸藥未受壓、受壓距離為10cm、20cm、30cm、50cm和70cm時的掃描電鏡觀測情況。可以看出，受壓后乳化炸藥發生破乳現象。這是因為敏化劑均勻分布于乳化炸藥內部之后形成無數個敏化劑顆粒或氣泡與乳膠基質的微界面，當乳化炸藥受到沖擊波作用時，微界面隨之改變導致乳膠基質局部破乳［8－9］。從圖a 中可以看出，用玻璃微球敏化后的乳化炸藥在制備好后具有很清晰的油包水微結構，分散相粒子大都呈球形或橢球形并且分布比較均勻，玻璃微球除少量破碎外，均保持完好；由圖b中可以看出，當乳化炸藥受壓距離為10cm時，大部分玻璃微球被沖擊波的壓力壓碎，油膜被破壞，水相液滴的聚結，即發生破乳現象；圖c中的破乳程度和玻璃微球破碎程度都相對圖b中的好些，圖d中的破乳程度和玻璃微球破碎程度都相對圖c中的好些，圖e中的破乳程度和玻璃微球破碎程度都相對圖d中的好些，圖f中的破乳程度和玻璃微球破碎程度都相對圖e中的好些，因此乳化炸藥破乳程度和玻璃微球的破碎程度均隨著受壓距離的增大呈下降趨勢。

4 結論

乳化炸藥的破乳程度隨著受壓距離的增加而減小，因此，在爆破作業時適當提高炮孔間距，可降低乳化炸藥破乳程度，從而保證乳化炸藥的穩定性。受動壓作用后，乳化炸藥的微觀結構會發生改變。而這種改變是由于在強大的沖擊波作用下敏化載體會發生破碎以及碎片會發生運動，這樣可能直接導致炸藥內部的界面膜破裂，從而促進了炸藥破乳的進行。

［1］Qian Liu，PaulTidman，DearieTunaley，et al.Observation of the shock resistance of emulsion explosives in rock blasting［A］.Proceeding of the eleventh symposium on explosion and blasting research［C］.Nashvile，Tennessee，U.S.A Publ by：International Society of Explosives Engineers.1995.

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［3］Sumiya，Hirosaki F，Kato Y，et al.Characrterisitics of pressure wave propagation in emulsion explosives［C］.Proceedings of the 27th Annual Conference on Explosives and Blasting Technique.Orlando，Eloisa，2001（Ⅱ）：1－11.

［4］貫荔.乳化炸藥的壓力減敏作用［J］.爆破器材，1994，23（2）：35－37.

［5］Richard J.Mainicro，Michael S.Wieland.The Relationship Between Hole－Spacing and Misfires of Permissible Explosives［C］.Proceedings of The Second Mini－Symposium on Explosives and Blasting Research.1986.

［6］陳東梁，顏事龍，劉義，等.動壓作用下乳化炸藥微結構變化的實驗［J］.煤炭學報，2006，31（3）：287－291.

［7］王建靈，趙東奎，郭煒，等.水下爆炸能量測試中炸藥入水深度的確定［J］.火炸藥學報，2002，25（2）：30－32.

［8］王尹軍.乳化炸藥壓力減敏的實驗研究與機理分析［D］.北京：北京科技大學，2005.

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